CN110757108B - 一种复合有色金属木纹金制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体为一种复合有色金属木纹金制作方法，通过将金属原材料处理后，在特定烧结设备中控制烧结温度、压力及时间，制得的木纹金原材料，再将木纹金原材料再次加热及锻打制得木纹金片材或棒材。采用根本方法制得的复合有色金属木纹金强度高，木纹清晰可控。

Description

一种复合有色金属木纹金制作方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体为一种复合有色金属木纹金制作方法。

背景技术

木纹金工艺是在金属表面表现出似木头花纹的金属技术。传统的木纹金制作方法采用多种金属叠加在一起的金属板材经过高温融焊、锻打延展及反复重叠，再使用钢凿雕刻或钻头切削的方式使其表面出现木纹状花样。

公开号为102962640A的专利文献公开的木纹金制作方法将洗净的木纹金属原材料快速擦拭干净，交错层叠在模具上，所述摸具采用两块高温热作模具钢通过螺丝套件连接在一起；把紧固好的模具放入不锈钢箔盒中，同时将木炭颗粒倒入不锈钢箔盒中，把封好的不锈钢箔盒放入电窑炉中，恒温保持6-10小时；关闭电窑炉，取出不锈钢箔盒，自然冷却至常温，制得木纹金属粗胚。

公开号为108085533A提供的木纹金制作方法则采用两块钢板将叠加后的紫铜复合物、黄铜复合物和白铜复合物夹紧，并用螺钉将两块钢板固定，夹紧固定后将钢板、紫铜复合物、黄铜复合物和白铜复合物放置于电窖炉内加热熔接，加热完成后取出静置待其降温冷却形成木纹金属粗胚。

上述木纹金的制作方法均依靠扩散焊接法为基础，针对首饰材料及工艺品材料需求对金基、银基、铜基及其他有色金属材料进行整体扩散烧结处理，并通过后期的锻打、扭转、钻铣、压延、着色、化学腐蚀等多种手段，使扩散烧结后的多金属材料呈现各种花纹。上述木纹金制作方法存在以下缺点：

从现有的文献资料可知，原有的木纹金烧结工艺采用铁丝捆扎或钢板夹紧的固定叠加的金属原材料，随着烧结温度升高，所用的铁丝和钢板受热膨胀，对金属的夹紧力瞬间降低，不能有效的持续保压，从而导致金属原材料间缝隙变大形成扩散空洞。

另外，原有的木纹金烧结工艺常用电窖炉作为加热设备，电窖炉所采用的加热方式是电阻丝辐射加热，升温较慢，生产效率相对较低，且升温过程均处于大气环境中，部分有色金属和空气中的氧气发生反应，生成较厚的氧化皮，此时金属原材料间的扩散反应将受到限制，加上无法持续保压，在有较大空洞和较厚氧化层的部位不能有效的进行扩散，金属原材料间无法完全焊接形成夹层，导致后期进行锻打工序时容易从没有发生扩散的部位处分层破裂或层层剥离，导致木纹金工艺品成品率降低。

发明内容

针对现有的木纹金制作方法存在无法持续保压，金属原材料间存在氧化层等问题，本发明提出一种复合有色金属木纹金制作方法。

本发明的复合有色金属木纹金制作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)材料制备：按照金属原材料包括铜基材料、银基材料或金基材料，根据后期制作表面花纹需求，选择特定金属原材料并裁切为同形等大、厚度为0.5mm-2mm的金属片材，将所述金属片材进行退火处理后去除金属氧化物，并打磨清洗；

2)扩散烧结：根据后期制作表面花纹需求，将制备完成的金属片材排列叠加至10层-60层；将所述排列叠加后金属片材放入烧结设备中，并将金属片材压紧固定，压紧时需控制金属片材间压力为10MPa-50 MPa；烧结设备的烧结仓内充满保护气体，启动烧结设备的加热元件，加热温度控制为930℃-960℃，加热10min-180min，制得木纹金原材料；

3)片材、棒材加工：烧结好的木纹金原材料冷却到常温后取出，切削木纹金原材料边缘至无缝隙和毛边；再次加热到再结晶温度，取出趁热进行若干次锻打，整体压延至平整，直至制得木纹金片材，或进一步将制得的木纹金片材锻打或切割为木纹金棒材。

步骤2)所述的金属原材料的搭配及选用金属原材料的烧结温度及压力参数为木纹金原材料质量的重要因素，具体见下表：

步骤2)所涉及温度区间及压力选择是本方法的核心工艺，从肉眼观测，实验温度过高或压力过大而产生的金属液态流出现象，制得的木纹金原材料切面产生空洞现象；锻打时容易发生的散开现象。

从金相显微分析获知，采用背景技术公开方法的对照组，在金属原材料间可观测到明显的网纹状组织扩散情况(紫铜组织为块状，铜银合金为网纹状组织)，同时可见到，由于扩散层较厚(平均厚度约500μm)，不利于后期的首饰制作；而依照本方法公开的参数制得的木纹金原材料，扩散层扩散程度较好。关于金属原材料的扩散情况，还可通过SEM和EDS分析验证，本发明采用参数制得的木纹金原材料扩散程度更均匀。

步骤2)扩散烧结的时间主要决定于原子扩散和界面反应的程度，从提高生产率考虑，连接时间越短越好，本方法选用的烧结时间控制在10min——180min：若需要缩短烧结时间缩短连接时间，需依据上述表格选择烧结温度上限及烧结压力上限。

具体的，步骤2)中所述的烧结设备，包括机架，所述机架中部固定有烧结仓，烧结仓侧壁环绕有加热元件，烧结仓内设置有温度传感器；所述烧结仓设置管道系统，所述管道系统与保护气罐连接；

烧结仓顶部上方及底部下方各设置液压缸，所述液压缸的活塞杆沿垂直方向同轴运动；支架顶部设置上顶杆，上顶杆与位于顶部液压缸紧密接触；支架底部设置压力传感器，压力传感器顶部设置下顶杆，压力传感器、下顶杆与底部液压缸紧密接触；两个活塞杆分别穿过烧结仓顶部及底部，烧结仓与活塞杆接触处设置密封圈；两个活塞杆末端设置对应的夹板。

对于防止金属氧化层的产生，在工业上主要采用真空扩散烧结技术，但真空烧结设备体积大，设备价格昂贵，设备操作复杂；而本发明的烧结设备采用在烧结仓内通入氩气避免金属氧化，氩气将空气挤出烧结仓外；所述烧结设备体积较小，且设备制作成本相对较低。另外，本发明的烧结设备作业时根据不同金属的性能通过液压缸预先增压到适合的压力，并通过压力传感器监测压力维持情况。升温时金属表面受到压力会发生较大的表层塑性变形，在持续压力下，金属片材间接触面积逐渐扩大，最终使整个结合面达到可靠接触，扩散作用较好进行，以保证制得的木纹金原材料质量优良。

由于电阻丝升温较慢，金属内部原子逐步生成结晶，且晶粒随时间延长逐渐增大，晶粒过度长大会使金属的力学性能变劣，最终导致金属延展收到限制；最后，由于升温慢造成伴随扩散焊接时间延长，金属原材料间所形成的合金层会逐步增厚，而合金层的颜色介于两种金属原材料间，后期着色处理和肌理腐蚀纹路的效果变劣，且由于合金层相对金属原材料硬度增加、抗屈服强度增加、熔点降低以及延展性降低，导致木纹金在加工过程中容易发生断裂和分层现象。最优的，所述的烧结设备的加热元件可采用感应线圈，感应线圈的加热效率明显高于电阻丝：若需要将烧结设备升温至800℃，电阻丝需要升温3.5小时，而采用感应线圈升温仅需5min。

具体的，步骤2)所述烧结设备与金属片材接触处涂刷一层阻焊剂，防止金属在烧结时烧结设备的夹板与金属片材粘连；用硼砂粉用水调成糊状，均匀的涂抹在层叠的金属片材四周，用于消除烧结时产生的氧化层，使烧结的金属边缘熔接的更好。

所述步骤3)中锻打的方法为先打边缘后打中间，逐步使材料变大变薄，每次加工的变形量不超过木纹金原材料整体体积的10％，以保证材料变形后不易分层和断裂；经过若干次锻打，加工至5mm-8mm的厚度制得木纹金片材，或加工至10mm的厚度制得木纹金片材后进一步切割成横截面为正方形的木纹金棒材。

所述述步骤2)中的保护气体采用氩气，在烧结腔里形成一个惰性气体环境，可以有效防止烧结的有色金属氧化，同时也避免其他气体和金属在高温下发生反应。

采用本发明的复合有色金属木纹金制作方法制作时间短，制得的复合有色金属木纹金片材及棒材花纹清晰可控，强度高，具备高延展性和塑形性，作为饰品或装饰能长久使用。

附图说明

图1为烧结设备的剖视图。

图2为烧结设备的立体结构示意图。

其中，其中，机架1，烧结仓2，管道系统3，保护气罐4，液压缸5，压力传感器6，加热元件7，温度传感器8。

具体实施方式

实施例1：选用金和银作为金属原材料，选择特定金属原材料并裁切为同形等大、厚度为0.5mm-2mm的金属片材，将所述金属片材进行退火处理后去除金属氧化物，并打磨清洗；根据后期制作表面花纹需求，将制备完成的金属片材排列叠加至50层；将所述排列叠加后金属片材放入烧结设备中，并将金属片材压紧固定，烧结设备的夹板与金属片材接触处涂刷一层阻焊剂；用硼砂粉用水调成糊状，均匀的涂抹在层叠的金属片材四周，压紧时需控制金属片材间压力为40MPa；烧结设备的烧结仓内充满氩气，启动烧结设备的加热元件，加热温度控制为780℃，烧结时间为15min，制得木纹金原材料；将烧结好的木纹金原材料冷却到常温后取出，切削木纹金原材料边缘至无缝隙和毛边；再次加热到再结晶温度，取出趁热进行若干次锻打，锻打时先打边缘后打中间，逐步使材料变大变薄，每次加工的变形量不超过木纹金原材料整体体积的10％，以保证材料变形后不易分层和断裂；经过若干次锻打，加工至5mm-8mm的厚度制得木纹金片材，或加工至10mm的厚度制得木纹金片材后进一步切割成横截面为正方形的木纹金棒材。

实施例2：选用银和黄铜作为金属原材料，选择特定金属原材料并裁切为同形等大、厚度为0.5mm-2mm的金属片材，将所述金属片材进行退火处理后去除金属氧化物，并打磨清洗；根据后期制作表面花纹需求，将制备完成的金属片材排列叠加至10层；将所述排列叠加后金属片材放入烧结设备中，并将金属片材压紧固定，烧结设备的夹板与金属片材接触处涂刷一层阻焊剂；用硼砂粉用水调成糊状，均匀的涂抹在层叠的金属片材四周，压紧时需控制金属片材间压力为40MPa；烧结设备的烧结仓内充满氩气，启动烧结设备的加热元件，加热温度控制为740℃，烧结时间为10min，制得木纹金原材料；将烧结好的木纹金原材料冷却到常温后取出，切削木纹金原材料边缘至无缝隙和毛边；再次加热到再结晶温度，取出趁热进行若干次锻打，锻打时先打边缘后打中间，逐步使材料变大变薄，每次加工的变形量不超过木纹金原材料整体体积的10％，以保证材料变形后不易分层和断裂；经过若干次锻打，加工至5mm-8mm的厚度制得木纹金片材，或加工至10mm的厚度制得木纹金片材后进一步切割成横截面为正方形的木纹金棒材。

上述实施例制得的复合有色金属木纹金优势在于质量好，花纹清晰可控、烧结时间短，但上述实施例选用的金属原材料种类、叠加层数及选用的烧结温度及烧结压力并非本发明的唯一选择，只要采用了发明内容部分公开的技术内容，均应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.复合有色金属木纹金制作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)材料制备：按照金属原材料包括铜基材料、银基材料或金基材料，根据后期制作表面花纹需求，选择特定金属原材料并裁切为同形等大、厚度为0.5mm-2mm的金属片材，将所述金属片材进行退火处理后去除金属氧化物，并打磨清洗；

2)扩散烧结：根据后期制作表面花纹需求，将制备完成的金属片材排列叠加至10层-60层；将所述排列叠加后金属片材放入烧结设备中，并将金属片材压紧固定，压紧时需控制金属片材间压力为10MPa-50MPa；烧结设备的烧结仓内充满保护气体，启动烧结设备的加热元件，加热温度控制为930℃-960℃，加热10min-180min，制得木纹金原材料；具体的，金属原材料的烧结温度及压力参数如下：

3)片材、棒材加工：烧结好的木纹金原材料冷却到常温后取出，切削木纹金原材料边缘至无缝隙和毛边；再次加热到再结晶温度，取出趁热进行若干次锻打，整体压延至平整，直至制得木纹金片材，或进一步将制得的木纹金片材锻打或切割为木纹金棒材。

2.如权利要求1所述的复合有色金属木纹金制作方法，其特征在于步骤2)中所述的烧结设备，包括机架，所述机架中部固定有烧结仓，烧结仓侧壁环绕有加热元件，烧结仓内设置有温度传感器；所述烧结仓设置管道系统，所述管道系统与保护气罐连接；烧结仓顶部上方及底部下方各设置液压缸，所述液压缸的活塞杆沿垂直方向同轴运动；支架顶部设置上顶杆，上顶杆与位于顶部液压缸紧密接触；支架底部设置压力传感器，压力传感器顶部设置下顶杆，压力传感器、下顶杆与底部液压缸紧密接触；两个活塞杆分别穿过烧结仓顶部及底部，烧结仓与活塞杆接触处设置密封圈；两个活塞杆末端设置对应的夹板。

3.如权利要求1所述的复合有色金属木纹金制作方法，其特征在于步骤2)所述烧结设备与金属片材接触处涂刷一层阻焊剂；用硼砂粉用水调成糊状，均匀的涂抹在层叠的金属片材四周。

4.如权利要求1所述的复合有色金属木纹金制作方法，其特征在于保护气体采用氩气。

5.如权利要求1所述的复合有色金属木纹金制作方法，其特征在于步骤3)中锻打的方法为先打边缘后打中间，逐步使材料变大变薄，每次加工的变形量不超过木纹金原材料整体体积的10％；经过若干次锻打，加工至5mm-8mm的厚度制得木纹金片材，或加工至10mm的厚度制得木纹金片材后进一步切割成横截面为正方形的木纹金棒材。

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